(57)【要約】【課題】  異音の発生を可及的に抑制することができる動圧軸受装置を提供する。【解決手段】  固定部材３０と回転部材１３との間に介在する多孔質の軸受部材４と、この軸受部材４に形成され、前記固定部材３０又は前記回転部材１３のどちらか一方と摺動すると共に、開孔率が表面積比で８％以下である軸受摺動面３に動圧を発生させる動圧発生部５と、前記軸受部材４の多孔質内に充填され、前記動圧発生部５に供給する潤滑流体とを備えたことにより、上記課題を解決した。軸受摺動面３の開孔率は表面積比で０．５％以上であることが好ましい。【選択図】        図１  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材と回転部材との間に介在する多孔質の軸受部材と、この軸受部材に形成され、前記固定部材又は前記回転部材のどちらか一方と摺動する軸受摺動面に動圧を発生させる動圧発生部と、前記軸受部材の多孔質内に充填され、前記動圧発生部に供給する潤滑流体とを備えた動圧軸受装置において、前記軸受摺動面の開孔率が表面積比で８％以下であることを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】
前記軸受摺動面の開孔率が表面積比で０．５％以上である請求項１に記載の動圧軸受装置。
【請求項３】
前記軸受部材の原料が、粒度が２００メッシュアンダーの銅メッキ鉄粉を３０質量％以上含有している請求項１又は２に記載の動圧軸受装置。
【請求項４】
前記軸受部材の空孔率が、１０〜１５％である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の動圧軸受装置。
【請求項５】
前記回転部材の重心が、前記軸受部材の有効長の範囲外にある請求項１乃至４のいずれか１項に記載の動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリゴンミラーの回転駆動用、ＯＤＤ用、ＦＤＤ用等に用いられる高速で回転駆動する軸回転型モータは、例えば、回転軸を動圧軸受装置により回転可能に支持している。この動圧軸受装置は、潤滑油等の潤滑流体を軸受部材に含浸させたもので、無給油で自己潤滑性を有するので長時間使用可能であると共に、耐久性に優れたものである。
【０００３】
動圧軸受装置は、回転軸の外周面に対してラジアル軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面（内周面（軸受摺動面））を備えた円筒状の多孔質の軸受部材と、その軸受部材の多孔質内に含浸され、ラジアル軸受隙間に供給される潤滑流体とからなり、軸受部材のラジアル軸受面には動圧発生溝（動圧発生部）が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
軸受部材の含油率（空孔率）は、通常１８％以上に調整されている。また、軸受部材のラジアル軸受面の開孔率は、軸受部材内に含浸させた潤滑油がラジアル軸受隙間内に十分に供給されるように表面積比でおよそ１０〜２０％である。
【０００５】
この動圧軸受装置では、回転軸が回転すると、回転軸の回転に伴って温度が上昇して潤滑流体例えば潤滑油が熱膨張する。潤滑油が熱膨張すると、軸受部材内の潤滑油が軸受部材の表面からにじみ出し、動圧発生溝の作用によってラジアル軸受隙間に引き込まれる。ラジアル軸受隙間に引き込まれた油は潤滑油膜を形成して、回転軸を非接触に支持する。
【０００６】
また、潤滑油が動圧発生溝によりラジアル軸受隙間に引き込まれることにより、ラジアル軸受隙間に動圧が発生する。ラジアル軸受面の表面に孔が形成されているため、潤滑油は軸受部材の内部に侵入するが、次々と新たな潤滑剤がラジアル軸受隙間に押し込まれ続けるので、ラジアル軸受隙間には常に潤滑油の油膜が形成されて、ラジアル軸受隙間での潤滑性が向上する。このように回転軸は軸受部材と非接触で回転するので、長時間使用可能で、耐久性に優れたものである。
【特許文献１】特開２０００−１７０７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述の動圧軸受装置が回転可能に支持する回転軸の一端部に、例えばロータハブやミラー等が取り付けられているため、回転軸の一端部に偏心荷重が作用するので、回転軸の重心が、軸受部材で支持されている部分から外れた個所にある。このため、何らかの不具合によって回転軸の一端部に作用する偏心荷重が増加すると、軸振れが起こって振動が発生し、その結果、共振を誘発させて異音が発生することがある。
【０００８】
本発明は、前述した問題を解決するためになされたものであって、異音の発生を可及的に抑制することができる動圧軸受装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明の動圧軸受装置は、固定部材と回転部材との間に介在する多孔質の軸受部材と、この軸受部材に形成され、前記固定部材又は前記回転部材のどちらか一方と摺動する軸受摺動面に動圧を発生させる動圧発生部と、前記軸受部材の多孔質内に充填され、前記動圧発生部に供給する潤滑流体とを備えた動圧軸受装置において、前記軸受摺動面の開孔率が表面積比で８％以下であることを特徴とする。
【００１０】
このように軸受摺動面の開孔率を表面積比で８％以下にすることにより、回転部材に通常のおよそ３倍の偏心荷重が作用しても、動圧発生部に発生した動圧が軸受面の表面の孔から逃げ難いので、軸振れが起こり難く異音が発生することがない。従って、異音の発生を可及的に抑制することができる動圧軸受装置が得られることになる。
【００１１】
前記軸受摺動面の開孔率が表面積比で０．５％以上であることが好ましい。
【００１２】
前記軸受部材の原料が、粒度が２００メッシュアンダーの銅メッキ鉄粉を３０質量％以上含有していることが好ましい。
【００１３】
このように軸受部材の原料として、粒度が２００メッシュアンダーの銅メッキ鉄粉を３０質量％以上含有していることにより、耐摩耗性が向上すると共に摺動面の開孔率の調整を例えばサイジング等により容易に行うことができる。
【００１４】
前記軸受部材の空孔率が、１０〜１５％であることが好ましい。
【００１５】
前記回転部材の重心が前記軸受部材の有効長の範囲外にあるモータ構造の場合に本発明の動圧軸受装置は特に有用である。
【発明の効果】
【００１６】
軸受部材の軸受摺動面の開孔率を表面積比で８％以下にしたので、異音の発生を可及的に抑制することができる動圧軸受装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の動圧軸受装置を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１は本発明の動圧軸受装置を用いた軸回転型モータの一例を示す断面図である。
【００１９】
図１に示すように、軸回転型モータ１０は、モータフレーム１１と、モータフレーム１１に設けられた積層コア１２と、モータフレーム１１に設けられた動圧軸受装置１と、動圧軸受装置１に回転可能に支持された回転軸１３と、回転軸１３の一端部（図示例では上端部）に取り付けられ、ポリゴンミラー１４を有するロータハブ１５と、ロータハブ１５に設けられ、積層コア１２と対向するロータマグネット１６とからなる。
【００２０】
モータフレーム１１は、絶縁材料により板状に形成されている。
【００２１】
モータフレーム１１には、モータフレーム１１に対して直交する方向に沿って延在する動圧軸受装置１が立設されている。動圧軸受装置１には、回転可能に回転軸１３が支持されている。回転軸１３の長さは、一端部（図示例では上端部）が動圧軸受装置１より延出される寸法に形成され、この延出された個所にロータハブ１５等が取り付けられている。
【００２２】
また、モータフレーム２の動圧軸受装置１の外周近傍には、コアホルダー１８が設けられ、このコアホルダー１８に積層コア１２が設けられている。積層コア１２は、コイル１９が巻回されて形成されている。
【００２３】
回転軸１３の上端部の外周端部近傍には、ロータハブ１５が固定されている。ロータハブ１５はほぼ円盤状に形成され、モータフレーム１１と平行又はほぼ平行になるように中央部に回転軸１３が固定されている。つまり、ロータハブ１５の中心に貫通孔が設けられ、この貫通孔に同軸上に回転軸１３が挿入されて、この回転軸１３の外周とロータハブ１５の貫通孔の内壁とが固定されたような構造になっている。
【００２４】
ロータハブ１５の外周側の表面（上面）の端部近傍には、ミラー取付段部２１が設けられ、このミラー取付段部２１にポリゴンミラー１４が固定されている。ポリゴンミラー１４は、回転軸１３の上端部にネジなどで固着された押さえバネ２２によってロータハブ１５上に押し付け固定されている。
【００２５】
ロータハブ１５の下面側の端部近傍には、ヨーク２３が設けられている。
【００２６】
ヨーク２３は、リング状の基部２４と円筒状の側部２５とからなる。
【００２７】
基部２４は、内周端部がロータハブ１５に固定されている。基部２４は、モータフレーム１１と平行又はほぼ平行に配置され、この基部２４の外周端部に一体的に側部２５が設けられている。
【００２８】
側部２５は、積層コア１２を覆い隠すような円筒状に形成されている。側部２５の長さ（その軸方向に沿った長さ）は、その一端部が基部２４に取り付けられていると共に、他端部がモータフレーム１１の近傍まで延出する寸法に形成されている。
【００２９】
側部２５の径は、積層コア１２を所定の距離を隔てて覆うような寸法に形成されている。
【００３０】
側部２５の内周面には、積層コア１２と対向するようにロータマグネット１６が設けられており、積層コア１２への通電によりロータマグネット１６を介してロータハブ１５、ポリゴンミラー１４が回転軸１３と共に一体に回転駆動されるようになっている。
【００３１】
動圧軸受装置１は、固定部材である軸受ホルダ３０（モータフレーム１１）に固定され、回転部材である回転軸１３の外周面に対してラジアル軸受隙間（軸受隙間）２を介して対向する軸受摺動面（内周面）３を備えた円筒状の多孔質の軸受部材４と、この軸受部材４の軸受摺動面（内周面）３に形成され、軸受摺動面３に動圧を発生させる動圧発生部５と、軸受部材４の多孔質内に含浸され、動圧発生部３に供給される潤滑流体（図示せず）とからなる。また、動圧軸受装置１は、図示するように、軸受ホルダ３０に固定され、回転軸１３の下端面を支持するスラスト軸受６を有することもある。
【００３２】
軸受ホルダ３０は、ほぼ円筒状に形成され、モータフレーム１１のホルダ装着孔に挿入されて固着されるホルダ本体３１と、モータフレーム１１の表面に接触してネジ等によりモータフレーム１１に固定されるフランジ部３２とからなる。
【００３３】
ホルダ本体３１の内径は、軸受部材４が圧入固定される寸法に形成されている。ホルダ本体３１の長さ（その軸方向の長さ）は、軸受部材４を固定し得る範囲から任意に選択される。
【００３４】
ホルダ本体３１のフランジ部３２側の開口部には、その開口部を覆うようにスラスト軸受取付板３３が設けられている。このスラスト軸受取付板３３にスラスト軸受６が取り付けられており、回転軸１３の球面状に形成された下端面がスラスト軸受６と接触、摺動して、回転軸１３のスラスト荷重が支持されるようになっている。
【００３５】
潤滑流体は、動圧軸受装置の軸受部材４に含浸させる潤滑流体として一般的に知られているものであればどのようなものでもよく、例えば、潤滑油、潤滑グリース等が挙げられる。
【００３６】
軸受部材４は、円筒状に形成されている。
【００３７】
軸受部材４の長さ（その軸方向の長さ）は、回転軸１３を回転可能に支持し得る寸法（軸受有効長）に形成されている。
【００３８】
軸受部材４の内径は、回転軸１３の外径より大きな径に形成され、軸受部材４の軸受摺動面３と回転軸１３の外周面との間に軸受隙間２が形成されるようになっている。
【００３９】
軸受部材４の軸受摺動面３には、動圧発生部５が設けられている。動圧発生部５は、軸受部材の動圧発生部として一般に知られているものであればどのようなものでもよく、例えば、軸線方向に延出したテーパ溝からなる動圧発生溝、又は、へリングボーン状の動圧発生溝等が挙げられる。なお、動圧発生部５を軸受部材４の軸受摺動面３に設ける代わりに、軸受部材４と摺動する回転軸１３の外周面に動圧発生部を設けるようにしてもよい。
【００４０】
軸受部材４は、多孔質に形成されている。
【００４１】
軸受部材４は、多孔質に形成されていればどのようなものでもよく、好ましくは、一般的に知られている金属粉を原料として焼結して成形したものがよい。
【００４２】
この成形方法としては、一般的に知られている軸受部材を焼結して成形するものであれば特に限定されず、例えば、金属粉の製作、粉末成形、焼結、サイジングの４つの工程からなる。
【００４３】
金属粉の製作は、例えば、所望の粒度の金属粉の篩い分け、金属粉の計量等である。
【００４４】
粉末成形は、金属粉を金型で軸受形状（円筒形状）に圧縮成形することである。
【００４５】
焼結は、圧縮成形された成形体を所定の温度で焼結することである。
【００４６】
サイジングは、例えば、円柱状のサイジングコアを焼結体の孔に挿入して引き抜き、焼結体の周囲をしごくものである。
【００４７】
これにより、所望の形状の軸受部材４が得られる。
【００４８】
金属粉の粒度は、特に限定されないが、２００メッシュアンダーのものが好ましい。金属粉の粒度が２００メッシュアンダーを超えると、軸受摺動面３の開孔面積が広くなって、開孔の面積を調整することが難しくなるので好ましくない。
【００４９】
金属粉としては、例えば、動圧軸受装置の軸受部材として一般的に用いられている鉄系、銅系、鉄銅系、またはこれらの混合物等が使用できるが、好ましくは、鉄銅系金属粉である銅メッキ鉄粉を３０質量％以上含有しているものがよい。軸受原料として鉄粉を用いるのは、例えば、耐摩耗性を向上させるためであるが、鉄粉のみでは、軸受摺動面３の開孔面積を例えばサイジングのときに調整し難くなるので好ましくない。銅メッキ鉄粉以外の原料は、特に限定されず、例えば、鉄系、銅系の金属粉等が好ましく、より好ましくは、２００メッシュアンダーの鉄系、銅系の金属粉であり、特に好ましくは、使用する鉄粉は全て銅メッキ鉄粉であることがよい。なお、銅メッキ鉄粉を３０質量％以上含有するとは、銅メッキ鉄粉が３０〜１００質量％であり、ここで１００質量％とは銅メッキ鉄粉だけを原料とした場合である。
【００５０】
軸受部材４の銅と鉄との含有割合は、特に限定されず、例えば、１：１であることが好ましい。
【００５１】
このように、軸受部材４の原料として、粒度が２００メッシュアンダーの銅メッキ鉄粉を３０質量％以上含有していることにより、軸受摺動面３の開孔率の調整を例えばサイジング等のときに容易に行うことができる。
【００５２】
軸受部材４の空孔率（気孔体積／全体積）は、特に限定されないが、軸受摺動面３の開孔率を少なくでき容易に開孔率の調整を行え、かつ、軸受摺動面３への潤滑流体の供給が行われる観点から１０〜１５％であることが好ましい。
【００５３】
軸受部材４の空孔率の調整は、例えば、金属粉を金型で軸受形状（円筒形状）に圧縮成形するときの金属粉の量を変えることにより行うことができる。
【００５４】
軸受摺動面３の開孔率は、表面積比で８％以下、好ましくは６％以下、より好ましくは４％以下である。軸受摺動面３の開孔率が表面積比で８％を超えると、軸受摺動面３に動圧が作用したとき、動圧が低下したり、何らかの不具合によって回転軸１３に係る偏心荷重が増加したときに異音が発生したりすることがあるので好ましくない。
【００５５】
軸受摺動面３の開孔率の下限は、特に限定されないが、表面積比で０．５％以上にすることが好ましい。軸受摺動面３の開孔率が０・５％未満であると、潤滑流体が軸受摺動面３から軸受部材４に十分に侵入せずに潤滑流体の還流が行われなかったり、軸受部材４や回転軸１３の摩耗した粉の回収が行えなかったりするので、好ましくない。
【００５６】
軸受摺動面３の開孔率の調整は、例えば、サイジングするときのサイジングコアの外径や形状を変えたりすることで可能である。また、軸受摺動面３の開孔率の調整は、他の方法で行ってもよく、例えば、軸受摺動面３に樹脂等のコーティング剤を塗布等することにより行ってもよい。
【００５７】
このように軸受摺動面３の開孔率を表面積比で８％以下にすることにより、異音の発生を可及的に抑制することができる。
【００５８】
すなわち、動圧軸受装置１では、回転軸１３が回転すると、回転軸１３の外表面と軸受部材４の軸受摺動面３との間に摩擦が生じ、軸受部材４の軸受摺動面３及び軸受摺動面３付近の温度が上昇して潤滑流体例えば潤滑油が熱膨張する。潤滑油が熱膨張すると、軸受部材４内の潤滑油が軸受部材４の表面からにじみ出し、動圧発生部５の作用によって軸受隙間２に引き込まれる。また、軸受隙間２の毛細管力によっても潤滑油が引き込まれる。軸受隙間２に引き込まれた油は潤滑油膜を形成して、回転軸１３を非接触支持する。つまり、例えば、軸受摺動面３に動圧発生部５を設けると、その動圧作用によって軸受部材４からにじみ出した潤滑油が軸受隙間２に引き込まれて軸受隙間２に動圧が発生すると共に、軸受摺動面３に潤滑油が押し込まれ続けるので、油膜力が高まり、軸受の剛性を向上させることができる。なお、軸回転型モータの組立時において、軸受部材４に回転軸１３を挿入する際には、軸受隙間２および軸受部材４の周辺が潤滑油で満たされるよう注油しておくことが望ましい。
【００５９】
軸受隙間２に動圧が発生すると、軸受摺動面３の表面に孔が形成されているため、潤滑油は軸受部材４内に侵入するが、次々と新たな潤滑油が軸受隙間２に押し込まれ続けるので、軸受隙間２には常に潤滑油の油膜が形成されることになる。この油膜の動圧（油圧）により回転軸１３が軸受部材４と非接触で支持される。
【００６０】
このとき、軸受摺動面３の開孔率が表面積比で８％以下であると、回転軸１３に例えば通常のおよそ３倍の偏心荷重が作用しても、油圧が軸受摺動面３の表面の孔から逃げ難いので、軸振れが起こり難く、振動が発生し難く、その結果、共振することもなく、異音が発生することがない。
【００６１】
従って、本発明の動圧軸受装置１は、異音の発生を可及的に抑制することができるものである。
【００６２】
また、本発明の動圧軸受装置１は、回転軸１３の重心が、軸受部材４の有効長の範囲外にあるときに特に有効なものである。すなわち、回転軸１３の重心が軸受部材４の有効長の範囲外にあると、何らかの不具合によって回転軸１３のバランスが悪くなった場合、軸振れが起こり振動が発生しやすいが、本発明の動圧軸受装置１を用いることにより、回転軸１３の重心が軸受部材４の有効長の範囲外にあっても軸振れや振動が悪化し難くなるので、本発明の動圧軸受装置１は工業的価値に優れたものである。
【００６３】
また、軸受摺動面３の開孔率を表面積比で０．５％以上にすることにより、潤滑油が軸受摺動面３から軸受部材４に侵入して、潤滑油の還流が行われると共に、軸受部材４や回転軸１３の摩耗した粉の回収ができるので、長時間使用可能で、耐久性に優れている。
【００６４】
また、軸受部材４の原料として、粒度が２００メッシュアンダーの金属粉を用いることにより、軸受摺動面３の孔の開孔面積が比較的小さくなるので、開孔面積の調整を行いやすくなる。
【００６５】
また、軸受部材４の原料として、粒度が２００メッシュアンダーの銅メッキ鉄粉を３０質量％以上含有していることにより、軸受摺動面３の開孔率の調整を例えばサイジング等のときに容易に行うことができる。
【００６６】
また、軸受部材４の空孔率を１０〜１５％にすることにより、軸受摺動面３の開孔率を少なくでき、その開孔率の調整をしやすくなると共に、軸受摺動面３への潤滑油の供給が十分に行われる（潤滑油の還流が行われ）ので、十分な寿命を確保することができる。
【００６７】
なお、本発明の動圧軸受装置１は、回転軸１３を軸受部材４によって回転可能に支持する場合について説明したが、回転体に軸受部材を固定して、軸をモータフレームに固定して回転可能に支持するようにしてもよい。この場合の軸受摺動面は、固定軸と回転軸受となる。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。
【００６９】
まず、粒度が２００メッシュアンダーの銅メッキ鉄粉と銅粉（銅：鉄＝５０：５０）を原料として、圧縮成形、焼結により内径２．５ｍｍ、外径６．０ｍｍ、肉厚１．７５ｍｍ、長さ９．６ｍｍ、空孔率１５％となるように焼結体を多数成形した。これら成形した各焼結体をサイジングして、軸受摺動面の開孔率（ポーラス面積比）が異なる軸受部材を製造した。なお、各軸受部材の内周面に、その周方向に沿って一定の間隔を隔てて５つのテーパ溝（溝の深さが４μｍのテーパ溝）を形成した。
【００７０】
得られた各軸受部材をそれぞれ図１に示した軸回転型モータに固定して、回転数２５０００ｒｐｍでそれぞれ回転軸を回転させ、この回転軸の上端部に偏心荷重を作用させ、異音が発生した荷重（異音発生限度荷重）を調べた。その結果を、図２に示した。なお、潤滑流体としては、エステル系のＶＧ１２を用いた。
【００７１】
図２に示した結果から、ポーラス面積比が８％以下である場合には、異音発生限度荷重が４ｍｇ・ｃｍ以上であり、通常の３倍の偏心荷重が回転軸に作用しても異音が発生しない。また、ポーラス面積比が６％以下である場合には、異音発生限度荷重が５ｍｇ・ｃｍ以上である。また、ポーラス面積比が４％以下である場合には、６ｍｇ・ｃｍの偏心荷重が回転軸に作用しても異音が発生しない。
【００７２】
これに対して、ポーラス面積比が１０％以上の軸受部材を用いたものは、いずれも異音発生限度荷重が１ｍｇ・ｃｍを超えた値を示し、通常、回転軸に作用する偏心荷重は１ｍｇ・ｃｍ以下であるので、この条件下では異音の発生はなく問題はないことがわかったが、何らかの不具合により、回転軸に作用する偏心荷重が増えると、すぐに異音が発生することがあることが分った。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の動圧軸受装置を用いた軸回転型モータの一例を示す断面図である。
【図２】ポーラス面積比と異音発生限度荷重との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１    動圧軸受装置
２    軸受隙間
３    軸受摺動面
４    軸受部材
５    動圧発生部
１３  回転軸（回転部材）
３０  軸受ホルダ（固定部材）
【図１】
2005061533.tif 000003
【図２】
2005061533.tif 000004